Name: propagation of dental and respiratory cells and organs in microgravity
Uploaded: 2021-05-25T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Propagation of Dental and Respiratory Cells and Organs in Microgravity at JoVE.com

Gli studi sono stati generosamente sostenuti da sovvenzioni del National Institute of Dental and Craniofacial Research (UG3-DE028869 e R01-DE027930).

È stata ottenuta tutta l'approvazione istituzionale necessaria per garantire che lo studio fosse conforme alle linee guida istituzionali per la cura degli animali TAMU.
1. Assemblaggio e sterilizzazione del bioreattore
<ol><li>Sterilizzare quattro recipienti ad alto rapporto d'aspetto (HARV) per il bioreattore in autoclave sul ciclo dello strumento in plastica per 20 minuti a 121 °C come raccomandato dal produttore.</li>
	<li>Dopo la sterilizzazione, assemblare i vasi in una cappa di coltu...

<ol>
	<li>Horneck, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life+sciences:+microorganisms+in+the+space+environment.">Life sciences: microorganisms in the space environment.</a> Science. 225 (4658), 226-228 (1984).</li><li>Helmstetter, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravity+and+the+orientation+of+cell+division.">Gravity and the orientation of cell division.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 94 (19), 10195-10198 (1997).</li><li>Bizzarri, M., Monici, M., van Loon, J. J. W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+microgravity+affects+the+biology+of+living+systems.">How microgravity affects the biology of living systems.</a> BioMed Research International. 2015, 863075 (2015).</li><li>Freed, L. E., Vunjak-Novakovic, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spaceflight+bioreactor+studies+of+cells+and+tissues.">Spaceflight bioreactor studies of cells and tissues.</a> Advances in Space Biology and Medicine. 8, 177-195 (2002).</li><li>Walther, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Space+bioreactors+and+their+applications.">Space bioreactors and their applications.</a> Advances in Space Biology and Medicine. 8, 197-213 (2002).</li><li>Morabito, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RCCS+bioreactor-based+modelled+microgravity+induces+significant+changes+on+in+vitro+3D+neuroglial+cell+cultures.">RCCS bioreactor-based modelled microgravity induces significant changes on in vitro 3D neuroglial cell cultures.</a> BioMed Research International. 2015, 754283 (2015).</li><li>Schwarz, R. P., Goodwin, T. J., Wolf, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+culture+for+three-dimensional+modeling+in+rotating-wall+vessels:+An+application+of+simulated+microgravity.">Cell culture for three-dimensional modeling in rotating-wall vessels: An application of simulated microgravity.</a> Journal of Tissue Culture Methods. 14 (2), 51-57 (1992).</li><li>Nokhbatolfoghahaei, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+modeling+of+media+flow+through+perfusion-based+bioreactors+for+bone+tissue+engineering.">Computational modeling of media flow through perfusion-based bioreactors for bone tissue engineering.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H. 234 (12), 1397-1408 (2020).</li><li>Sun, F. -. y., Wang, X. -. m., Li, X. -. y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+innovative+membrane+bioreactor+(MBR)+system+for+simultaneous+nitrogen+and+phosphorus+removal.">An innovative membrane bioreactor (MBR) system for simultaneous nitrogen and phosphorus removal.</a> Process Biochemistry. 48 (11), 1749-1756 (2013).</li><li>Steimberg, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+3D+Models+Cultured+to+Investigate+Mesenchymal+Stromal+Cells+of+the+Human+Dental+Follicle.">Advanced 3D Models Cultured to Investigate Mesenchymal Stromal Cells of the Human Dental Follicle.</a> Tissue Engineering Methods (Part C). 24 (3), 187-196 (2018).</li><li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RCCS+enhances+EOE+cell+proliferation+and+their+differentiation+into+ameloblasts.">RCCS enhances EOE cell proliferation and their differentiation into ameloblasts.</a> Molecular Biology Reports. 39 (1), 309-317 (2012).</li><li>Grimm, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+engineering+under+microgravity+conditions-use+of+stem+cells+and+specialized+cells.">Tissue engineering under microgravity conditions-use of stem cells and specialized cells.</a> Stem Cells and Development. 27 (12), 787-804 (2018).</li><li>Tasoglu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Levitational+Assembly+for+Living+Material+Fabrication.">Magnetic Levitational Assembly for Living Material Fabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1469-1476 (2015).</li><li>Sarigil, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffold-free+biofabrication+of+adipocyte+structures+with+magnetic+levitation.">Scaffold-free biofabrication of adipocyte structures with magnetic levitation.</a> Biotechnology and Bioengineering. 118 (3), 1127-1140 (2021).</li><li>Anil-Inevi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofabrication+of+in+situ+Self+Assembled+3D+Cell+Cultures+in+a+Weightlessness+Environment+Generated+using+Magnetic+Levitation.">Biofabrication of in situ Self Assembled 3D Cell Cultures in a Weightlessness Environment Generated using Magnetic Levitation.</a> Scientific Reports. 8 (1), 7239 (2018).</li><li>Nishikawa, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+simulated+microgravity+by+three-dimensional+clinostat+on+bone+tissue+engineering.">The effect of simulated microgravity by three-dimensional clinostat on bone tissue engineering.</a> Cell Transplant. 14 (10), 829-835 (2005).</li><li>Pandya, M., Diekwisch, T. G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enamel+biomimetics-fiction+or+future+of+dentistry.">Enamel biomimetics-fiction or future of dentistry.</a> International Journal of Oral Science. 11 (1), 8 (2019).</li><li>Klein, O. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Meeting+report:+a+hard+look+at+the+state+of+enamel+research.">Meeting report: a hard look at the state of enamel research.</a> International Journal of Oral Science. 9 (11), 3 (2017).</li><li>Liu, H., Yan, X., Pandya, M., Luan, X., Diekwisch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Daughters+of+the+Enamel+Organ:+Development,+Fate,+and+Function+of+the+Stratum+Intermedium,+Stellate+Reticulum,+and+Outer+Enamel+Epithelium.">Daughters of the Enamel Organ: Development, Fate, and Function of the Stratum Intermedium, Stellate Reticulum, and Outer Enamel Epithelium.</a> Stem Cells and Development. 25 (20), 1580-1590 (2016).</li><li>Chen, L. S., Couwenhoven, R. I., Hsu, D., Luo, W., Snead, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+amelogenin+gene+expression+by+transformed+epithelial+cells+of+mouse+enamel+organ.">Maintenance of amelogenin gene expression by transformed epithelial cells of mouse enamel organ.</a> Archives of Oral Biology. 37 (10), 771-778 (1992).</li><li>DenBesten, P. K., Gao, C., Li, W., Mathews, C. H., Gruenert, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+characterization+of+an+SV40+immortalized+porcine+ameloblast-like+cell+line.">Development and characterization of an SV40 immortalized porcine ameloblast-like cell line.</a> European Journal of Oral Sciences. 107 (4), 276-281 (1999).</li><li>Arakaki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+epithelial-stem+cell+interactions+during+dental+cell+differentiation.">Role of epithelial-stem cell interactions during dental cell differentiation.</a> Journal of Biological Chemistry. 287 (13), 10590-10601 (2012).</li><li>Au - Chavez, M. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+Culture+of+Dental+Epithelial+Stem+Cells+from+the+Adult+Mouse+Incisor.">Isolation and Culture of Dental Epithelial Stem Cells from the Adult Mouse Incisor.</a> Journal of Visualized Experiments. (87), e51266 (2014).</li><li>Pandya, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Posttranslational+Amelogenin+Processing+and+Changes+in+Matrix+Assembly+during+Enamel+Development.">Posttranslational Amelogenin Processing and Changes in Matrix Assembly during Enamel Development.</a> Frontiers in Physiology. 8, 790 (2017).</li><li>Dangaria, S. J., Ito, Y., Luan, X., Diekwisch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+of+neural-crest-derived+intermediate+pluripotent+progenitors+into+committed+periodontal+populations+involves+unique+molecular+signature+changes,+cohort+shifts,+and+epigenetic+modifications.">Differentiation of neural-crest-derived intermediate pluripotent progenitors into committed periodontal populations involves unique molecular signature changes, cohort shifts, and epigenetic modifications.</a> Stem Cells and Development. 20 (1), 39-52 (2011).</li><li>Ahadian, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+as+a+biomimicry+tool+for+regulating+muscle+cell+behavior.">Electrical stimulation as a biomimicry tool for regulating muscle cell behavior.</a> Organogenesis. 9 (2), 87-92 (2013).</li><li>Smith, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+and+chemical+events+during+enamel+maturation.">Cellular and chemical events during enamel maturation.</a> Critical Reviews in Oral Biology &amp; Medicine. 9 (2), 128-161 (1998).</li><li>Pei, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioreactors+mediate+the+effectiveness+of+tissue+engineering+scaffolds.">Bioreactors mediate the effectiveness of tissue engineering scaffolds.</a> The FASEB Journal. 16 (12), 1691-1694 (2002).</li><li>Ahmed, S., Chauhan, V. M., Ghaemmaghami, A. M., Aylott, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+generation+of+bioreactors+that+advance+extracellular+matrix+modelling+and+tissue+engineering.">New generation of bioreactors that advance extracellular matrix modelling and tissue engineering.</a> Biotechnology Letters. 41 (1), 1-25 (2019).</li><li>Seidel, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolving+stem+and+progenitor+cells+in+the+adult+mouse+incisor+through+gene+co-expression+analysis.">Resolving stem and progenitor cells in the adult mouse incisor through gene co-expression analysis.</a> Elife. 6, (2017).</li><li>Green, H., Rheinwald, J. G., Sun, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+an+epithelial+cell+type+in+culture:+the+epidermal+keratinocyte+and+its+dependence+on+products+of+the+fibroblast.">Properties of an epithelial cell type in culture: the epidermal keratinocyte and its dependence on products of the fibroblast.</a> Progress in Clinical and Biological Research. 17, 493-500 (1977).</li><li>Green, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+birth+of+therapy+with+cultured+cells.">The birth of therapy with cultured cells.</a> Bioessays. 30 (9), 897-903 (2008).</li><li>Zeichner-David, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+ameloblast+differentiation.">Control of ameloblast differentiation.</a> International Journal of Developmental Biology. 39 (1), 69-92 (1995).</li><li>Bei, M., Stowell, S., Maas, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Msx2+controls+ameloblast+terminal+differentiation.">Msx2 controls ameloblast terminal differentiation.</a> Developmental Dynamics. 231 (4), 758-765 (2004).</li><li>Dangaria, S. J., Ito, Y., Luan, X., Diekwisch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Successful+periodontal+ligament+regeneration+by+periodontal+progenitor+preseeding+on+natural+tooth+root+surfaces.">Successful periodontal ligament regeneration by periodontal progenitor preseeding on natural tooth root surfaces.</a> Stem Cells and Development. 20 (10), 1659-1668 (2011).</li><li>Del Moral, P. M., Warburton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explant+culture+of+mouse+embryonic+whole+lung,+isolated+epithelium,+or+mesenchyme+under+chemically+defined+conditions+as+a+system+to+evaluate+the+molecular+mechanism+of+branching+morphogenesis+and+cellular+differentiation.">Explant culture of mouse embryonic whole lung, isolated epithelium, or mesenchyme under chemically defined conditions as a system to evaluate the molecular mechanism of branching morphogenesis and cellular differentiation.</a> Methods in Molecular Biology. 633, 71-79 (2010).</li><li>Hermanns, M. I., Unger, R. E., Kehe, K., Peters, K., Kirkpatrick, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+epithelial+cell+lines+in+coculture+with+human+pulmonary+microvascular+endothelial+cells:+development+of+an+alveolo-capillary+barrier+in+vitro.">Lung epithelial cell lines in coculture with human pulmonary microvascular endothelial cells: development of an alveolo-capillary barrier in vitro.</a> Laboratory Investigation. 84 (6), 736-752 (2004).</li><li>Duell, B. L., Cripps, A. W., Schembri, M. A., Ulett, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epithelial+cell+coculture+models+for+studying+infectious+diseases:+benefits+and+limitations.">Epithelial cell coculture models for studying infectious diseases: benefits and limitations.</a> Journal of Biomedicine and Biotechnolog. 2011, 852419 (2011).</li><li>Kuppan, P., Sethuraman, S., Krishnan, U. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+co-culture+of+epithelial+cells+and+smooth+muscle+cells+on+aligned+nanofibrous+scaffolds.">In vitro co-culture of epithelial cells and smooth muscle cells on aligned nanofibrous scaffolds.</a> Materials Science and Engineering: C. 81, 191-205 (2017).</li><li>Navran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+low+shear+modeled+microgravity+to+3-D+cell+biology+and+tissue+engineering.">The application of low shear modeled microgravity to 3-D cell biology and tissue engineering.</a> Biotechnology Annual Review. 14, 275-296 (2008).</li></ol>

I passaggi critici del protocollo per la crescita delle cellule in microgravità includono il bioreattore, lo scaffold, le cellule utilizzate per la coltura 3D e il rivestimento dello scaffold come mezzo per indurre la differenziazione cellulare. Il tipo di bioreattore utilizzato nei nostri studi comprende il bioreattore RCCS-4, una recente modifica dell'originale dispositivo di coltura cilindrica rotante del sistema di coltura cellulare rotante (RCCS) sviluppato dalla NASA per far crescere cellule in microgravità simul...

La gravità influenza tutti gli aspetti della vita sulla Terra, compresa la biologia delle singole cellule e la loro funzione all'interno degli organismi. Le cellule percepiscono la gravità attraverso i meccanorecettori e rispondono ai cambiamenti di gravità riconfigurando le architetture citoscheletriche e alterando la divisione cellulare 1,2,3. Altri effetti della microgravità includono la pressione idrostatica nelle vescicole piene di liquido, la sedimentazione degli organelli e la convezione guidata dalla galleggiabilità del flusso e del calore4. Gli studi sull'effetto della perdita di gravità sulle cellule e sugli organi umani sono stati originariamente condotti per simulare l'ambiente senza peso dello spazio sugli astronauti durante le missioni di volo spaziale5. Tuttavia, negli ultimi anni, queste tecnologie di bioreattori 3D originariamente sviluppate dalla NASA per simulare la microgravità stanno diventando sempre più rilevanti come nuovi approcci per la coltura di popolazioni cellulari che altrimenti non sarebbero suscettibili di sistemi di coltura 2D.
I bioreattori 3D simulano la microgravità facendo crescere cellule in sospensione e creando così un costante effetto di "caduta libera". Altri vantaggi dei bioreattori rotanti includono la mancanza di esposizione all'aria riscontrata nei sistemi di coltura degli organi, una riduzione dello stress di taglio e della turbolenza e una continua esposizione a un cambiamento dell'apporto di sostanze nutritive. Queste condizioni dinamiche fornite da un bioreattore Rotary Cell Culture System (RCCS) favoriscono la co-localizzazione spaziale e l'assemblaggio tridimensionale di singole cellule in aggregati 6,7.
Studi precedenti hanno dimostrato i vantaggi di un bioreattore rotativo per la rigenerazione ossea8, la coltura di germi dentali9 e per la coltura di cellule follicolari dentali umane10. C'è stato anche un rapporto che suggerisce che RCCS migliora la proliferazione delle cellule EOE e la differenziazione in ameloblasti11. Tuttavia, le cellule differenziate sono state considerate ameloblasti sulla base dell'immunofluorescenza dell'ameloblastina e/o dell'espressione di amelogenina da sola11 senza considerare la loro morfologia allungata o la forma cellulare polarizzata.
Oltre al bioreattore RWV (rotating wall vessels) sviluppato dalla NASA, altre tecnologie per generare aggregati 3D dalle cellule includono la levitazione magnetica, la macchina di posizionamento casuale (RPM) e il clinostato12. Per ottenere la levitazione magnetica, le cellule marcate con nanoparticelle magnetiche vengono levitate utilizzando una forza magnetica esterna, con conseguente formazione di strutture 3D prive di impalcature che sono state utilizzate per la biofabbricazione di strutture adipocitarie13,14,15. Un altro approccio per simulare la microgravità è la generazione di forze G multidirezionali controllando la rotazione simultanea su due assi con conseguente cancellazione del vettore di gravità cumulativo al centro di un dispositivo chiamato clinostat16. Quando le cellule staminali del midollo osseo sono state coltivate in un clinostat, la formazione di nuovo osso è stata inibita attraverso la soppressione della differenziazione degli osteoblasti, illustrando uno degli effetti dedifferenzianti della microgravità16.
I sistemi in vitro per facilitare la coltura fedele degli ameloblasti fornirebbero un importante passo avanti verso l'ingegneria dei tessuti dello smalto dei denti17. Sfortunatamente, fino ad oggi, la cultura degli ameloblasti è stata un'impresa impegnativa18,19. Finora, sono state descritte cinque diverse linee cellulari simili agli ameloblasti, tra cui la linea cellulare di ameloblasti di topo (ALC), la linea cellulare epiteliale dentale del ratto (HAT-7), la linea cellulare LS8 del topo20, la linea cellulare PABSo-E suina 21 e la linea cellulare SF2-24 del ratto22. Tuttavia, la maggior parte di queste cellule ha perso la loro caratteristica forma cellulare polarizzata nella coltura 2D.
Nel presente studio ci siamo rivolti a un sistema di bioreattore di coltura cellulare rotante (RCCS) per facilitare la crescita di cellule simili agli ameloblasti da epiteli dell'ansa cervicale co-coltivati con progenitori mesenchimali e per superare le sfide dei sistemi di coltura 2D, tra cui il ridotto flusso di nutrienti e i cambiamenti citoscheletrici dovuti alla gravità. Inoltre, l'RCCS ha fornito nuove strade per lo studio delle interazioni cellula/scaffold relative all'ingegneria del tessuto parodontale e per esaminare gli effetti dei mediatori infiammatori sui tessuti alveolari polmonari in vitro. Insieme, i risultati di questi studi evidenziano i benefici dei sistemi di coltura rotativa basati sulla microgravità per la propagazione di epiteli differenziati e per la valutazione degli effetti ambientali sulle cellule coltivate in vitro, comprese le interazioni cellula/scaffold e la risposta tissutale alle condizioni infiammatorie.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Antibiotic-antimycotic</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>15240096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ascorbic Acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A4544</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BGJb Fitton-Jackson Modification media</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>12591</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BIOST PGA scaffold</td>
			<td>Synthecon</td>
			<td>Custom</td>
			<td>Available from the company through a custom order</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BMP-2</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>355-BM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BMP-4</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>314-BP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM Media</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D6429-500mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>16140071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibricol</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>5133-20mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronectin</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galanin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G-0278</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin disc</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>CytoForm 500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphene sheets</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>CytoForm 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hEGF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hFGF</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>AA1-155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydroxyapatite disc</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>CytoForm 200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Il-6 protein</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>200-06</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keratinocyte SFM media (1X)</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>17005042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354259</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LRAP peptide</td>
			<td>Peptide 2.0</td>
			<td>Custom made sequence: MPLPPHPGSPGYINLSYEVLT 
			PLKWYQSMIRQPPLSPILPEL 
			PLEAWPATDKTKREEVD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354234</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millipore Nitrocellulose membrane</td>
			<td>Merck Millipore</td>
			<td>AABP04700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RCCS Bioreactor</td>
			<td>Synthecon</td>
			<td>RCCS 4HD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpongeCol</td>
			<td>Advanced Biomatrix</td>
			<td>5135-25EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syring valve one way stopcock w/swivel male luer lock</td>
			<td>Smiths Medical</td>
			<td>MX5-61L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes with needle 3cc</td>
			<td>McKESSON</td>
			<td>16-SN3C211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin EDTA (0.25%)</td>
			<td>ThermoFisher Scientfic</td>
			<td>25200056</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

propagation of dental and respiratory cells and organs in microgravity

La gravità è uno dei determinanti chiave della funzione delle cellule umane, della proliferazione, dell'architettura citoscheletrica e dell'orientamento. I sistemi di bioreattori rotanti (RCCS) imitano la perdita di gravità che si verifica nello spazio e forniscono invece un ambiente di microgravità attraverso la rotazione continua di cellule o tessuti in coltura. Questi RCCS assicurano un apporto ininterrotto di nutrienti, fattori di crescita e trascrizione e ossigeno e affrontano alcune delle carenze delle forze gravitazionali in piatti immobili di coltura cellulare o di organi 2D (bidimensionali). Nel presente studio abbiamo utilizzato RCCS per co-coltivare cellule dell'ansa cervicale e cellule della polpa dentale per diventare ameloblasti, per caratterizzare le interazioni progenitore/scaffold parodontale e per determinare l'effetto dell'infiammazione sugli alveoli polmonari. Gli ambienti RCCS hanno facilitato la crescita di cellule simili agli ameloblasti, promosso la proliferazione dei progenitori parodontali in risposta ai rivestimenti dell'impalcatura e hanno permesso una valutazione degli effetti dei cambiamenti infiammatori sugli alveoli polmonari coltivati. Questo manoscritto riassume le condizioni ambientali, i materiali e le fasi lungo il percorso ed evidenzia aspetti critici e dettagli sperimentali. In conclusione, gli RCCS sono strumenti innovativi per padroneggiare la coltura e la crescita 3D (tridimensionale) di cellule in vitro e per consentire lo studio di sistemi cellulari o interazioni non suscettibili di classici ambienti di coltura 2D.

La camera interna del bioreattore fornisce un ambiente in cui le cellule possono proliferare e differenziarsi, attaccarsi a un'impalcatura o riunirsi per formare tessuti come assemblaggi. Ogni vaso HARV contiene fino a 10 ml di terreno e facilita una circolazione costante di sostanze nutritive in modo che ogni cellula abbia un'eccellente possibilità di sopravvivere. La figura 1A illustra il fissaggio delle porte della siringa alla piastra anteriore del recipiente in cui sono fissate le valv...

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Propagation of Dental and Respiratory Cells and Organs in Microgravity

Questo protocollo presenta un metodo per la coltura e la crescita 3D di cellule simili agli ameloblasti in microgravità per mantenere la loro forma allungata e polarizzata e l'espressione proteica specifica dello smalto. Sono inoltre descritte le condizioni di coltura per la coltura dei costrutti di ingegneria parodontale e degli organi polmonari in microgravità.

Propagazione di cellule e organi dentali e respiratori in microgravità

Gravity is one of the key determinants of human cell function, proliferation, cytoskeletal architecture and orientation. Rotary bioreactor systems (RCCSs) ...

Allungato e polarizzato l'ameloblasto secernente amelogenina in coltura. Questo è anche il primo protocollo per la crescita di cellule ameloblasti in microgravità. La crescita degli ameloblasti in coltura è stata una delle maggiori sfide nel campo dello smalto.E per noi, è usare questo modello di bioreattore, è la prima volta che abbiamo realizzato questo segno distintivo nella ricerca sullo smalto. Questo modello può essere utilizzato per comprendere la biologia delle cellule ameloblastiche. Questo modello sarà dimostrato dal Dr.Mirali Pandya.Inizia posizionando il tessuto raccolto da topi postnatali di sei giorni sotto il microscopio a dissezione e le anse cervicali sezionate. Installare un bioreattore collegando le valvole sterili alle porte della siringa. Aggiungere entrambe le cellule, l'ansa cervicale e la polpa dentale, insieme allo scaffold rivestito al bioreattore e riempire il vaso del bioreattore con 10 millilitri di mezzi SFM di cheratinociti integrati con fattori di crescita e proteine della matrice extracellulare.Chiudere e stringere il tappo della porta di riempimento del contenitore del bioreattore, quindi aprire le valvole sterili. Utilizzare due siringhe sterili da tre millilitri per un cambio del supporto. Per fare ciò, riempire una siringa con il mezzo fresco e lasciare l'altra siringa vuota.Aprire entrambe le valvole della siringa e manovrare delicatamente le bolle verso la porta vuota della siringa. Una volta che il mezzo fresco della siringa piena viene accuratamente iniettato nel recipiente, rimuovere tutte le bolle attraverso la porta vuota della siringa. Chiudere le porte della siringa con i tappi.Attaccare ogni recipiente alla base del rotatore. Accendi l'alimentazione e imposta la velocità su 10,1 rotazioni al minuto. Regolare la velocità per assicurarsi che i ponteggi siano in sospensione e non tocchino la parete della nave.Per il cambio dei fluidi ogni 24 ore, posizionare i vasi in posizione verticale per assicurarsi che le cellule si depositino sul fondo. Aprire le porte della siringa per collegare le siringhe sterili alle porte. Aspirare il 75% del terreno impoverito di nutrizione e iniettare il mezzo fresco attraverso l'altra porta come dimostrato in precedenza.Le macrografie dello scaffold al grafene e dello scaffold al collagene sono mostrate qui. L'impalcatura di grafene aveva una serie parallela di goffrature superficiali, mentre l'impalcatura di collagene mostrava la struttura porosa. Una mandibola scheletrizzata di topo è stata sezionata e la parte più distale dell'incisivo inferiore del topo è stata esposta.La posizione precisa dell'ansa cervicale resecata è delimitata nell'incisivo di topo postnatale di sei giorni, mentre una regione simile in una mandibola di topo scheletrata adulta è fornita come riferimento. Gli emimandibili erano composti da tre molari mandibolari e un incisivo in costante crescita, mentre la nicchia cellulare dell'ansa cervicale conteneva una variegata popolazione cellulare necessaria per la formazione dello smalto. La differenziazione riuscita delle cellule dell'ansa cervicale in un microambiente su misura ha portato alla formazione di ameloblasti con una caratteristica tipica delle cellule polarizzate con il nucleo a un'estremità e lunghi processi cellulari all'altra.La coltura di cellule in soli mezzi senza fattori di crescita e rivestimento di impalcatura ha portato a cellule dell'ansa cervicale che hanno secreto le proteine chiave dello smalto, ma non si sono allungate o polarizzate. Il gruppo scaffold rivestito di galanina ha dimostrato un tasso di proliferazione significativamente più elevato rispetto al gruppo di controllo contenente scaffold non rivestiti. I segmenti di tessuto polmonare raccolti da topi E15 sono stati coltivati con successo per 10 giorni in un ambiente di microgravità 3D nel bioreattore.L'aggiunta di interleuchina-6 al terreno di coltura ha determinato cambiamenti associati all'infiammazione nella morfologia alveolare simili a quelli osservati in vivo. Nell'introduzione, ti ho detto quanto sia stato difficile per il team dello smalto elaborare un modello di coltura cellulare di ameloblasti. Ora abbiamo affrontato questa sfida utilizzando una procedura altamente innovativa che si concentra su due aspetti: l'impalcatura di collagene spugnoso e anche l'impiego della matrice per differenziare le cellule ameloblastiche.Insieme, queste due innovazioni hanno portato alla polarizzazione e alla crescita di cellule simili agli ameloblasti nella coltura 3D. Queste cellule in coltura 3D sono un modello meraviglioso per comprendere la biologia degli ameloblasti. E per capire questa biologia, possiamo usare una varietà di tecniche tra cui microscopia elettronica, proteomica e genomica.Gli ameloblasti sono cellule fantastiche. Sì, hanno la capacità di secernere lo smalto prismatico dei denti. Ora, questo modello di bioreattore ci mette nella posizione di capire come gli ameloblasti secernono la matrice e secernono minerali di apatite per far crescere lo smalto dei denti prismatici.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Use of Human Perivascular Stem Cells for Bone Regeneration

L&#39;uso di cellule staminali per la rigenerazione ossea perivascolari

Human perivascular stem cells (PSCs) can be isolated in sufficient numbers from multiple tissues for purposes of skeletal tissue engineering1-3. PSCs are ...

Ricerca

Bioingegneria

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells (hESC) to Different Lineages

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells hESC to Different Lineages

Microcapsule di alginato come piattaforma 3D per la propagazione e la differenziazione delle cellule staminali embrionali umane (hESC) per diverse linee

Human embryonic stem cells (hESC) are emerging as an attractive alternative source for cell replacement therapy since they can be expanded in culture ...

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Aspirazione Micropipetta di celle substrato-attached per Stima rigidità cellulare

Growing number of studies show that biomechanical properties of individual cells play major roles in multiple cellular functions, including cell ...

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